Термодинамічний аналіз рівноважної системи, що утворилася внаслідок перебігу заданих хімічних реакцій в заданому інтервалі температур і тисків між газоподібними речовинами

Завдання

Провести термодинамічний аналіз рівноважної системи, що утворилася внаслідок перебігу заданих хімічних реакцій в заданому інтервалі температур і тисків між газоподібними речовинами, які вважатимемо ідеальними газами:

Реакція №1

Реакція №2

Теоретична частина

Теплоємність – це кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання системи на один градус. Розрізняють теплоємність:

·  питома - віднесена до 1 г речовини;

·  молярна - віднесена до 1 моля речовини;

·  істинна - дорівнює відношенню нескінченно малої кількості теплоти, до нескінченно малого підйому температури, який при цьому спостерігається:  С=δQ/d T

·  середня – відношення середньої кількості теплоти, до підйому температури, який при цьому спостерігається С = Q/(T₂ – T₁)

С°_p = a + b*T + c*T² + c'/Т²

Тепловий ефект реакції – це кількість енергії, яка поглинається або вивільняється системою внаслідок проходження хімічної реакції.

_T =∆H₀ + ,   де ΔH₀  – тепловий ефект реакції при Т = 0 К;

H_T = H₀ +

H_T = H₂₉₈ +  – рівняння Кірхгофа в інтегральній формі;

∆Н⁰_т=∆Н⁰₂₉₈+∆а*(Т-298) + (∆в/2) *(Т²-298) + (∆с/3)* (Т³-298³) - ∆с’*(Т^-1 -298^-1)

При фіксованих Р чи V теплота процесу дорівнює зміні ентальпії чи внутрішньої енергії. Відповідно і сама теплота перетворюється на властивість системи і не залежить від шляху процесу, а визначається  початковим і кінцевим станом. Тепловий ефект реакції дорівнює алгебраїчні сумі теплоти утворення реагентів:

∆Н°=∑ ν,∆ƒН°_прод.-∑ ν,∆ƒН°_вихід.

Ентропія – це та частина тепла, яка витрачається на розподіл фази по об’єму.

  - залежність ентропії від теплоємності;

∆S⁰_т  = ∆S⁰₂₉₈ + ∆а∙ln(T/298) + ∆b∙(T - 298) + ∆c/2∙(T² – 298²) - ∆c'/2∙(T^-2 – 298^-2)

Енергія Гіббса або ж вільна ентальпія – це фізична величина, яка дорівнює:

 де TS – це та частина енергії, яка обов’язково загубиться внаслідок дисипації в системі і не може бути перетворена в роботу.

Енергія Гіббса – це ізобарно-ізотермічний потенціал.

(H₂-TS₂)-(H₁-TS₁)≤0     (P,T)= const.

G₂-G₁≤0;     ∆G>0 ←

G=H-TS;         ∆G<0→

∆G≤0;         ∆G=0↔

При сталих значеннях Т,Р необхідні процеси протікають в напрямку зменшення ізобарно-ізотермічних потенціалів, а в стані рівноваги зміна ізобарно-ізотермічних потенціалів дорівнює нулю.

G = H – TS = U + pV – TS = U - (TS) + рV = A + рV

Залежність ізобарно-ізотермічного потенціалу від Р,Т.

δQ = dH - VdP;  G=f(T,P)

dG =( ∂G/ ∂T)*PdP +( ∂G/ ∂P)TdT;

(∂G/ ∂T)P=-S;      (∂G/ ∂P)T=V.

∆G°=-RTlnK.  ∆G°=f (T)

Константа рівноваги – це кількісна характеристика стану рівноваги системи.

К_р⁰ = exp(-∆G⁰_Т / RT)

lnK_p⁰ = -∆G⁰_T / RT

aA + bB→cC + dD

A, B – вихідні речовини;

С, D – продукти;

a, b, c, d – стехіометричні коефіцієнти.

К_р⁰ = (р_С^с + р_D^d) / (p_A^a + p_B^b)

Способи вираження константи рівноваги.

K=K_p *p°,       p°=1атм. = 1,013*10 Па.

K_p =K_c ∙(RT)^Σν

K_p =K_n*p ^Σν

 

Вплив інертних домішок на рівновагу в системі.

N_i=n_i/Σn_i     

Σn_i = n₁ + n₂ + n₃ + … + n_i

N₁ = n₁ / (n₁ + n₂₎

Розрахункова частина

1.  Розрахунок і аналіз термодинамічних характеристик складних реакцій

1.1  Термодинамічні характеристики реагуючих речовин, що необхідні для подальших розрахунків, взяті з довідника [3 ], наведені в таблиці 1.

                                                                                                                 Таблиця 1

Термодинамічні характеристики речовин, що реагують

Речовина	ΔfH°298, кДж/моль	S°298, Дж/моль*К	С°p = a + b*T + c*T2 + c'/Т2 Дж/моль*К
			а	b*103	c*106	c'*10-6
Пропан
Етилен
Метан
Бутан
Етан

1.2  Розраховую зміну термодинамічних характеристик для заданих реакцій при 298К.

ü Для реакції 1:

ΔH°₂₉₈ =

ΔS°₂₉₈ =

Δа =

Δb =

Δс =

∆с' =

 

ü Для реакції 2:

ΔH°₂₉₈ =

ΔS°₂₉₈ =

Δа =

Δb =

Δс =

∆с' =

Одержані результати записую в таблицю 2.

                                                                                                                 Таблиця 2

Термодинамічні характеристики заданих реакцій